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Picarro L2140-i((西安降水穩定同位素組成、水分來(lái)源以及控制因素)

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Xie C, Zhao L, Eastoe C J, et al. Precipitation stable isotope composition, moisture sources, and controlling factors in Xi'an, Northwest China[J]. Atmospheric Research, 2022: 106428.  

 

https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2022.106428

 

 
 

序言

 
 

 

降水是水循環(huán)的重要輸入與組成部分。降水量的變化,特別是極端天氣導致的降水量的變化,將直接影響干旱半干旱區水資源的管理和利用。使用穩定氫氧同位素(δD和δ18O)作為天然示蹤劑研究水循環(huán)過(guò)程的方法已經(jīng)被廣泛用于追蹤全球與降水有關(guān)水文過(guò)程。δD和δ18O不僅被用于了解大氣水汽循環(huán)、氣候變化和地下水的演化與補給,還被用于保存在冰芯、樹(shù)輪和湖泊沉積物等記錄中的古氣候重建研究。降水δD和δ18O的時(shí)空變化對研究降水水汽來(lái)源和水汽源區氣候條件具有重要意義。

 

西北大學(xué)趙良菊老師課題組謝聰博士通過(guò)對西安2016~2020年次降水事件δD和δ18O的時(shí)間變化特征結合氣象資料、風(fēng)場(chǎng)圖和西風(fēng)與季風(fēng)環(huán)流強度指數的分析:(1)確定觀(guān)測期內不同季節大氣降水水汽來(lái)源;(2)研究降水δ18O的季節變化特征及其與環(huán)境要素的關(guān)系;(3)在季節尺度上尋找降水δ18O和降雨量的控制因素。其研究結果將為了解秦嶺以北地區的水汽輸送提供有用的信息。

 

 

 

 
 

研究方法

 
 

 

利用自動(dòng)降水收集器(APS-3B)和平板上覆塑料薄膜分別采集降水和降雪樣品,在2016年1月至2020年12月期間共收集317個(gè)次降水/降雪樣品。每次降水事件結束后立即收集樣品,并用0.2μm濾膜過(guò)濾,每個(gè)樣品兩等份保存在2mL玻璃瓶中。雪樣在室溫下融化后與降水樣品使用相同的方法處理,所有樣品在4℃下冷藏,直至測試。同步記錄降水量、溫度和相對濕度等氣象數據。

 

在陜西省西安市西北大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院陜西省地表系統與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗室使用Picarro L2140-i測定δD和δ18O值。為了避免儀器的記憶效應,每個(gè)樣品測量10次,并去除前3次的值。δD和δ18O的分析精度(1σ)分別優(yōu)于的±0.1‰和±0.025‰。

 

 

 

 
 

研究結果

 
 

 

次降水事件和月雨量加權平均δ18O值的時(shí)間序列變化表明,其具有典型的季節變化特征:在4~6月出現最大值,在7~10月下降到最小值,然后在11~3月呈上升趨勢。

 

基于實(shí)驗觀(guān)測,將研究時(shí)段劃分為季風(fēng)期(7月至10月)和西風(fēng)期,西風(fēng)期包括季風(fēng)前期(4月至6月)和季風(fēng)后期(11月至3月),季風(fēng)前期降水δ18O和δD值通常高于季風(fēng)期和季風(fēng)后期。

 

上圖顯示了不同季節降水δ18O雨量加權平均值、降水量與南亞夏季風(fēng)指數(SASMI)和西風(fēng)指數(WI)季節尺度的關(guān)系。如圖a所示,在季風(fēng)期,δ18O與SASMI呈顯著(zhù)(95%置信度)正相關(guān),但降水量與SASMI不相關(guān)。如圖中b所示在季風(fēng)前期,降水量與WI呈正相關(guān);在季風(fēng)后期,降水量與WI呈負相關(guān)。如圖中c所示,在季風(fēng)后期,降水量與前一個(gè)季風(fēng)期的SASMI顯著(zhù)負相關(guān)。

 

 

 

 
 

研究結論

 
 

 

研究分析了2016~2020年西安市基于次降水事件的δD和δ18O值,結果表明其存在明顯季節變化特征,從季風(fēng)前到季風(fēng)后期的早期,δD和δ18O季節加權平均值逐漸減小,在季風(fēng)后期剩余時(shí)段逐漸增大。在次降水事件的月尺度上,氣象參數與降水δ18O之間的相關(guān)性很弱甚至不存在。在月尺度上,只有季風(fēng)期的相對濕度和季風(fēng)后期的降水量與降水δ18O顯著(zhù)相關(guān)。在次事件尺度上,氣象資料與降水δ18O之間存在顯著(zhù)但較弱的相關(guān)性。在季風(fēng)期,水汽主要來(lái)自孟加拉灣的南亞夏季風(fēng),但東亞夏季風(fēng)也可能產(chǎn)生一些影響。在非季風(fēng)期,水汽源于西風(fēng)環(huán)流,可能從西北(青藏高原北部)或西南(青藏高原南部)方向輸送至西安。季風(fēng)前期高δ18O值的降水水汽來(lái)自于青藏高原北部,季風(fēng)后低δ18O值的降水水汽來(lái)自于青藏高原南部。與潛在貢獻源(PSCF)分析結果一致,季風(fēng)后期降水極有可能來(lái)自四川或云南的再循環(huán)水汽。在青藏高原北部,降水δD和δ18O的控制因素是凝結溫度,而不是降雨量。季風(fēng)期降水δ18O雨量加權平均值與降水量之間無(wú)相關(guān)性,SASMI與δ18O呈正相關(guān)。在季風(fēng)后期,降水量與WI和前一個(gè)季風(fēng)期的SASMI呈負相關(guān)。季風(fēng)前期WI與降水量呈正相關(guān)。本研究將西安的水汽來(lái)源結果分析置于區域和季節性環(huán)流模式的背景下,并為未來(lái)更長(cháng)期數據集的記錄提供了基礎。

 

 

 

 

  本文編輯:王文杰

感謝西北大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院謝聰博士對文章編輯的大力支持

 
 
 

 

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